DE102022200808A1

DE102022200808A1 - Articulated robot for handling large loads

Info

Publication number: DE102022200808A1
Application number: DE102022200808.1A
Authority: DE
Inventors: Martin-Christoph Wanner; Steffen Dryba; Alexander Jentsch; Armin Vinçon
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2022-01-25
Filing date: 2022-01-25
Publication date: 2023-07-27
Also published as: EP4452567A1; WO2023144125A1; EP4452567C0; EP4452567B1

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung in Form eines Knickarmroboters zur Handhabung einer Nutzlast, mit einem Roboterarm, der an einer um eine erste Achse (A1) drehbaren Basis (1) befestigt ist, der zumindest zwei, in Form einer kinematischen Kette hintereinander angeordnete Armglieder (2, 3) aufweist, von denen ein erstes Armglied (2) um eine quer zur ersten Achse verlaufende, insbesondere zur ersten Achse orthogonal orientierte, zweite Achse (A2) an der Basis (1) schwenkbar gelagert ist und ein zweites Armglied (3) um eine ebenfalls quer zur ersten Achse verlaufende, insbesondere parallel zur zweiten Achse (A2) orientierte, dritte Achse (A3) an dem ersten Armglied (1) schwenkbar gelagert ist, und der insbesondere eine an der kinematischen Kette endseitig angebrachte Zentralhand (4z) aufweist, wobei ein das erste Armglied (2) um die zweite Achse (A2) schwenkender, erster Linearaktuator (4) vorgesehen ist, der über ein erstes Koppelgetriebe (K1) einerseits mit der Basis (1) und andererseits mit dem ersten Armglied (2) gekoppelt ist, und wobei ein das zweite Armglied (3) um die dritte Achse (A3) schwenkender, zweiter Linearaktuator (5) vorgesehen ist, der über ein zweites, insbesondere sechsgliedriges Koppelgetriebe (K2) ausschließlich mit dem ersten Armglied (2) und dem zweiten Armglied (3) gekoppelt ist. Zudem kann vorgesehen sein, dass zwei Gabelteile (12a, 12b) eines gabelförmigen Fortsatzes (12) des ersten Armgliedes (2) schwenkbar um eine gemeinsame Schwenkachse (SA12) mit zwei sich jeweils einseitig schwenkbar um eine Schwenkachse (SA10) an der Basis (1) abstützenden Hydraulikzylindereinheiten (10a, 10b) verbunden sind.

Described is a device in the form of an articulated-arm robot for handling a payload, with a robot arm which is attached to a base (1) which can be rotated about a first axis (A1), which has at least two arm members (2, 3) arranged one behind the other in the form of a kinematic chain, of which a first arm member (2) is mounted on the base (1) so that it can pivot about a second axis (A2) running transversely to the first axis, in particular oriented orthogonally to the first axis, and a second arm member (3) is mounted pivotably on the first arm member (1) about a third axis (A3) which also runs transversely to the first axis and is in particular oriented parallel to the second axis (A2), and which in particular has a central wrist (4z) attached to the end of the kinematic chain, with a first linear actuator (4) pivoting the first arm member (2) about the second axis (A2) being provided, which is connected via a first linkage (K1) on the one hand to the base (1) and on the other hand to the first arm member (2), and wherein a second linear actuator (5) is provided which pivots the second arm member (3) about the third axis (A3) and is coupled exclusively to the first arm member (2) and the second arm member (3) via a second, in particular six-membered coupling mechanism (K2). Provision can also be made for two fork parts (12a, 12b) of a fork-shaped extension (12) of the first arm member (2) to be connected pivotably about a common pivot axis (SA12) to two hydraulic cylinder units (10a, 10b) which are each supported on one side pivotable about a pivot axis (SA10) on the base (1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Knickarmroboter zur Handhabung einer Nutzlast, mit einem Roboterarm, der an einer um eine erste Achse drehbaren Basis befestigt ist und der zumindest zwei, in Form einer kinematischen Kette seriell hintereinander angeordnete Armglieder sowie eine an der kinematischen Kette endseitig angebrachte Zentralhand besitzt. Ein erstes von den zwei hintereinander angeordneten Armgliedern ist um eine quer zur ersten Achse verlaufende, insbesondere zur ersten Achse orthogonal orientierte, zweite Achse an der Basis schwenkbar gelagert, wohingegen ein zweites Armglied um eine dritte Achse an dem ersten Armglied schwenkbar angeordnet ist. Knickarmroboter sind vielseitig und weit verbreitet eingesetzte Industrieroboter, deren Kinematik aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Armgliedern aufgebaut ist, um Endeffektoren, wie bspw. Greifer oder Werkzeuge zu positionieren. Roboter, die über eine serielle Kinematik verfügen, besitzen eine besonders hohe Beweglichkeit und Flexibilität, da bei diesen jedes Armglied seriell nur mit einem weiteren Armglied verbunden ist. Jedoch sind derartige Knickarmroboter bezüglich ihrer Traglast am Armende durch die Notwendigkeit des Mitführens von Antrieben und Kraftübertragungssystemen sowie auch bezüglich ihrer Positioniergenauigkeit durch den Aufsummierungseffekt von Toleranzen entlang der kinematischen Kette beschränkt.The invention relates to an articulated-arm robot for handling a payload, with a robot arm which is attached to a base which can be rotated about a first axis and which has at least two arm links arranged one behind the other in series in the form of a kinematic chain and a central hand attached to the end of the kinematic chain. A first of the two arm members arranged one behind the other is pivotably mounted on the base about a second axis running transversely to the first axis, in particular orthogonally oriented to the first axis, whereas a second arm member is pivotably mounted on the first arm member about a third axis. Articulated-arm robots are versatile and widely used industrial robots whose kinematics are made up of several articulated arm links to position end effectors such as grippers or tools. Robots that have serial kinematics have a particularly high degree of mobility and flexibility, since each arm link is serially connected to only one other arm link. However, such articulated-arm robots are limited in terms of their load capacity at the end of the arm due to the need to carry drives and power transmission systems, and also in terms of their positioning accuracy due to the cumulative effect of tolerances along the kinematic chain.

Aus der Druckschrift WO 84/02301 ist ein typischer, so genannter sechsachsiger vertikaler Knickarmroboter bekannt, dessen erstes Armglied schwenkbar, einseitig endseitig an eine, um eine erste Achse drehbar gelagerte Basis angefügt ist. Die erste Achse entspricht der Vertikalachse, die Schwenkachse, um die das erste Armglied schwenkbar gelagert ist, wird als zweite Achse bezeichnet und ist orthogonal zur ersten Achse, d. h. horizontal orientiert. Das zweite Armglied ist seinerseits endseitig mit dem der Basis gegenüberliegenden Ende des ersten Armgliedes gleichfalls schwenkbar verbunden, nämlich um eine dritte Schwenkachse, die parallel zur zweiten Achse orientiert ist. Schließlich ist an dem der dritten Achse gegenüberliegenden Ende des zweiten Armgliedes eine, um drei Achsen drehbar gelagerte Zentralhand zur Aufnahme bzw. Manipulation von Werkstücken angebracht.From the pamphlet WO 84/02301 a typical, so-called six-axis vertical articulated arm robot is known, the first arm member of which is pivotably attached at one end to a base rotatably mounted about a first axis. The first axis corresponds to the vertical axis, the pivot axis about which the first arm member is pivotally mounted is referred to as the second axis and is orthogonal to the first axis, ie oriented horizontally. The second arm member is in turn pivotally connected at its end to the end of the first arm member opposite the base, namely about a third pivot axis which is oriented parallel to the second axis. Finally, at the end of the second arm member opposite the third axis, there is a central wrist mounted rotatably about three axes for picking up or manipulating workpieces.

Der Druckschrift EP 0 243 362 B1 ist eine Konstruktion zu entnehmen, die ebenfalls einen vertikalen Knickarmroboter mit zwei gelenkig miteinander verbundenen Armgliedern aufweist, zu deren Verschwenken um die jeweils horizontal orientierten zweiten und dritten Achsen eine aufwendigere Aktor-Getriebekonstruktion eingesetzt wird, um den Aktionsradius sowie auch die Traglast des Roboters zu vergrößern. Hierzu sind zwei Zylindereinheiten vorgesehen, die über ein schwenkbar gelagertes Joch miteinander verbunden sind und somit in aufeinander abgestimmter Weise sowohl für das Verschwenken des ersten Armgliedes um die zweite Achse sowie auch das Verschwenken des zweiten Armgliedes um die dritte Achse verantwortlich sind. The pamphlet EP 0 243 362 B1 a construction can be seen that also has a vertical articulated arm robot with two articulated arm members connected to one another, for the pivoting of which about the horizontally oriented second and third axes, a more complex actuator gear construction is used in order to increase the radius of action and the load capacity of the robot. Two cylinder units are provided for this purpose, which are connected to one another via a pivoted yoke and are therefore responsible for pivoting the first arm member about the second axis and for pivoting the second arm member about the third axis in a coordinated manner.

Insbesondere ist zum Verschwenken des zweiten Armgliedes um die dritte Achse ein zusätzlicher Kraftarm schwenkbar mit dem zweiten Armglied gekoppelt, der parallel zum ersten Armglied unter Ausbildung eines sog. Parallelogrammgetriebes verläuft, in das eine der beiden Zylindereinheiten kinematisch eingebunden ist.In particular, for pivoting the second arm member about the third axis, an additional force arm is pivotally coupled to the second arm member, which extends parallel to the first arm member to form a so-called parallelogram gear, in which one of the two cylinder units is kinematically integrated.

Die Druckschrift US 4,507,043 offenbart ebenfalls einen vertikalen Knickarmroboter, zu dessen Auslenkung des zweiten Armgliedes ein in diesem Fall motorisch angetriebenes Parallelogrammgetriebe vorgesehen ist.The pamphlet U.S. 4,507,043 also discloses a vertical articulated-arm robot, for the deflection of the second arm member of which a motor-driven parallelogram gear is provided in this case.

In der Druckschrift DE 10 2011 087 958 A1 ist ein moderner Industrieschweißroboter nach Art eines Knickarmroboters beschrieben, zu dessen Auslenkung innerhalb der jeweiligen Dreh- und Schwenkachsen elektromotorische Antriebe in kompakter Bauform integriert sind, jedoch sind, wie eingangs erwähnt, aufgrund des Eigengewichtes der verbauten Komponenten, insbesondere der elektromotorischen Antriebe, das mit dem Roboter handhabbare Nutzlastgewicht und der mit dem Roboter zugängliche Aktionsradius beschränkt.In the pamphlet DE 10 2011 087 958 A1 describes a modern industrial welding robot in the manner of an articulated arm robot, for the deflection of which electric motor drives are integrated in a compact design within the respective rotary and swivel axes. However, as mentioned at the beginning, due to the dead weight of the built-in components, in particular the electric motor drives, the payload weight that can be handled with the robot and the radius of action accessible with the robot are limited.

Aus der Druckschrift DE10 2013018857 A1 ist ein Knickarmroboter mit einem ersten und einem zweiten Armglied sowie einer am zweiten Armglied angeordneten Zentralhand bekannt, die gemeinsam auf einer drehbaren Basis angeordnet sind, wobei die Armglieder durch zwei Linearaktuatoren in der Form von Spindelantrieben antreibbar sind und wobei jeder der Spindelantriebe mit der Basis und/oder einem oder beiden Armgliedern mittelbar oder unmittelbar verbunden ist.From the pamphlet DE10 2013018857 A1 discloses an articulated-arm robot with a first and a second arm link and a central hand arranged on the second arm link, which are arranged together on a rotatable base, the arm links being drivable by two linear actuators in the form of spindle drives and each of the spindle drives being directly or indirectly connected to the base and/or one or both arm links.

Vor dem Hintergrund des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach Art eines Knickarmroboters zur Handhabung einer Nutzlast zu schaffen, mit einem Roboterarm, der an einer um eine erste Achse drehbaren Basis befestigt ist und zumindest zwei, in Form einer kinematischen Kette seriell hintereinander angeordnete Armglieder sowie eine an der kinematischen Kette endseitig angebrachte Zentralhand besitzt, wobei durch die Konstruktion einerseits die Handhabung schwerer Lasten ermöglicht und andererseits ein hohes Maß an Präzision und Reproduzierbarkeit der Bewegung der Last erreicht wird.Against the background of the prior art, the invention is based on the object of creating a device in the manner of an articulated-arm robot for handling a payload, with a robot arm which is attached to a base which can be rotated about a first axis and has at least two arm links arranged serially one behind the other in the form of a kinematic chain and a central hand attached to the end of the kinematic chain, the design on the one hand enabling the handling of heavy loads and on the other hand a high degree of precision and reproducibility of the movement of the load being achieved.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe gelingt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Implementierungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung und der Figuren.The solution to the problem on which the invention is based is achieved with a device the features of claim 1. Implementations of the invention are the subject of the dependent claims as well as the further description and the figures.

Auf der Grundlage des lösungsgemäßen Konstruktionskonzepts für einen Roboter nach Art eines vertikalen Knickarmroboters, bei dem zum Antrieb seiner schwenkbar gelagerten Armglieder jeweils ein mit einem Koppelgetriebe in Wirkverbindung stehender Linearaktuator eingesetzt ist, vermag ein lösungsgemäß ausgebildeter Roboter verglichen mit den derzeit am Markt verfügbaren, leistungsstärksten vertikalen Knickarmroboteranordnungen sehr große Nutzlasten innerhalb eines großen Arbeitsraumes in allen sechs Freiheitsgraden zu positionieren.On the basis of the design concept according to the solution for a robot in the manner of a vertical articulated-arm robot, in which a linear actuator actively connected to a coupling gear is used to drive its pivoted arm members, a robot designed according to the solution is able to position very large payloads within a large workspace in all six degrees of freedom compared to the most powerful vertical articulated-arm robot arrangements currently available on the market.

Die Erfindung bezieht sich konkret auf eine Vorrichtung in Form eines Knickarmroboters zur Handhabung einer Nutzlast, mit einem Roboterarm, der

- an einer um eine erste Achse drehbaren Basis befestigt ist,
- der zumindest zwei, in Form einer kinematischen Kette hintereinander angeordnete Armglieder aufweist, von denen ein erstes Armglied um eine quer zur ersten Achse verlaufende, insbesondere zur ersten Achse orthogonal orientierte, zweite Achse an der Basis schwenkbar gelagert ist und ein zweites Armglied um eine ebenfalls quer zur ersten Achse verlaufende, insbesondere parallel zur zweiten Achse orientierte, dritte Achse an dem ersten Armglied schwenkbar gelagert ist, und der

insbesondere eine an der kinematischen Kette endseitig angebrachte Vorrichtung zur Handhabung von Werkzeugen oder Nutzlasten, weiter insbesondere eine Zentralhand, aufweist, wobei ein das erste Armglied um die zweite Achse schwenkender, erster Linearaktuator vorgesehen ist, der über ein erstes Koppelgetriebe einerseits mit der Basis und andererseits mit dem ersten Armglied gekoppelt ist, und wobei ein das zweite Armglied um die dritte Achse schwenkender, zweiter Linearaktuator vorgesehen ist, der über ein zweites, sechsgliedriges Koppelgetriebe ausschließlich mit dem ersten Armglied und dem zweiten Armglied gekoppelt ist.The invention relates specifically to a device in the form of an articulated robot for handling a payload, with a robot arm that

- is attached to a base rotatable about a first axis,
- which has at least two arm members arranged one behind the other in the form of a kinematic chain, of which a first arm member is mounted on the base pivotably about a second axis running transversely to the first axis, in particular oriented orthogonally to the first axis, and a second arm member is mounted on the first arm member pivotably about a third axis also running transversely to the first axis, in particular oriented parallel to the second axis, and the

in particular a device attached to the end of the kinematic chain for handling tools or payloads, more particularly an in-line hand, wherein a first linear actuator is provided which pivots the first arm link about the second axis and is coupled via a first linkage to the base on the one hand and to the first arm link on the other hand, and wherein a second linear actuator is provided which pivots the second arm link about the third axis and which is connected exclusively to the first arm link and the second arm via a second, six-link linkage link is coupled.

Im Gegensatz zum Stand der Technik stützt sich der zweite Linearaktuator nicht an der Basis des Roboters, sondern an dem ersten Armglied ab, wobei vorteilhaft die Abstützstelle des Linearaktuators von der Stelle beabstandet ist, an der das erste Armglied an der Basis gelagert ist. Bei der individuellen Auslegung des Roboters kann der Abstützpunkt des zweiten Linearaktuators am ersten Armglied mit einer geeigneten Position relativ zu der Achse gewählt werden, in der das zweite Armglied an der Basis gelagert ist, um die gewünschten Übertragungsverhältnisse zu schaffen.In contrast to the prior art, the second linear actuator is not supported on the base of the robot but on the first arm link, with the support point of the linear actuator advantageously being spaced apart from the point at which the first arm link is mounted on the base. When designing the robot individually, the support point of the second linear actuator on the first arm link can be selected with a suitable position relative to the axis in which the second arm link is mounted on the base in order to create the desired transmission conditions.

Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung kann dabei vorsehen, dass der erste und/oder der zweite Linearaktuator jeweils als Spindelantrieb ausgebildet ist, der jeweils eine motorisch angetriebene Spindel vorsieht, welche in Eingriff mit einer Spindelmutter steht.A possible embodiment of the invention can provide that the first and/or the second linear actuator is designed as a spindle drive, which provides a motor-driven spindle in each case, which engages with a spindle nut.

Bei dieser Ausführungsform ergibt sich gegenüber einer angetriebenen Spindelmutter der Vorteil, dass der Spindelantrieb ortsfest, beispielsweise am Fuß der Spindel angeordnet werden kann und sich bei einer Bewegung nicht entlang der Spindel bewegt. Dies verringert die zu bewegenden Massen, unter anderem auch bei Schwenkbewegungen der Spindel(n) und trägt dazu bei, Vibrationen zu reduzieren.Compared to a driven spindle nut, this embodiment has the advantage that the spindle drive can be arranged in a stationary manner, for example at the base of the spindle, and does not move along the spindle when it is moved. This reduces the masses to be moved, including during pivoting movements of the spindle(s) and helps to reduce vibrations.

Eine weitere Ausführungsform kann zudem vorsehen, dass wenigstens eine der Spindeln um eine zur zweiten Achse parallel orientierte Schwenkachse schwenkbar gelagert ist.A further embodiment can also provide that at least one of the spindles is pivotably mounted about a pivot axis oriented parallel to the second axis.

Es kann zudem vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Spindeln an ihrem Fußpunkt kardanisch gelagert ist.Provision can also be made for at least one of the spindles to be cardanically mounted at its base.

Die Schwenkbarkeit der Spindeln ermöglicht zusätzliche Freiheitsgrade der Koppelgetriebe und die kardanische Lagerung erlaubt zudem über die reine Schwenkbewegung der Spindeln hinaus ausgleichende Rollbewegungen. Eine weitere Ausführungsform kann zudem konkret vorsehen, dass die Spindel des ersten Linearaktuators kardanisch schwenkbar an der Basis gelagert ist und /oder dass die Spindel des zweiten Linearaktuators kardanisch schwenkbar am ersten Armglied gelagert ist, wobei jeweils die Motorantriebe der Spindeln mit den kardanischen Lagern in einer Baueinheit verbunden sind. The ability to pivot the spindles enables additional degrees of freedom for the coupling gears and the cardanic bearing also allows compensating rolling movements beyond the pure pivoting movement of the spindles. A further embodiment can also specifically provide that the spindle of the first linear actuator is cardanically pivoted on the base and/or that the spindle of the second linear actuator is cardanically pivoted on the first arm member, with the motor drives of the spindles being connected to the cardanic bearings in one structural unit.

Die Vorrichtung kann dadurch konkretisiert sein, dass das erste Koppelgetriebe über ein Kardangelenk mit der Spindelmuttereinheit des ersten Linearaktuators und das zweite Koppelgetriebe über ein Kardangelenk mit der Spindelmuttereinheit des zweiten Linearaktuators schwenkbar gekoppelt ist.The device can be specified in that the first coupling gear is pivotably coupled to the spindle nut unit of the first linear actuator via a cardan joint and the second coupling gear is pivotably coupled to the spindle nut unit of the second linear actuator via a cardan joint.

Mit dieser kardanischen Anbindung der Koppelgetriebe an die Spindelmuttern lassen sich Verkantungsprobleme und damit verbundene Belastungen der Antriebe durch einen suboptimalen Eingriff wirksam verringern oder verhindern.With this cardanic connection of the coupling gears to the spindle nuts, canting problems and the associated loads on the drives can be effectively reduced or prevented through suboptimal intervention.

Eine weitere Ausführungsform kann zudem vorsehen, dass die kardanische Lagerung einer oder beider Spindeln jeweils einen schüsselförmigen Außenkardan, einen innerhalb des Außenkardans drehbar gelagerten Innenkardan sowie innerhalb des Innenkardans ein Lager für eine Spindel aufweist, wobei insbesondere ein Deckel des Kardanlagers eine Motoreinheit des Spindelantriebs trägt.A further embodiment can also provide that the cardanic mounting of a or both spindles each have a bowl-shaped outer cardan, an inner cardan rotatably mounted within the outer cardan and a bearing for a spindle inside the inner cardan, with a cover of the cardan bearing in particular carrying a motor unit of the spindle drive.

Diese Ausbildung der kardanischen Lagerung ist platzsparend und einfach bezüglich der Konstruktion. Die Lagerstellen lassen sich gut gegenüber Umgebungseinflüssen schützen. Die Lagerung lässt sich mit Schraubverbindungen zusammenfügen, so dass eine Wartung besonders einfach wird, insbesondere dann, wenn die kardanischen Lagerungen gut zugänglich an der Basis oder im unteren Bereich des ersten Armgliedes angeordnet sind. Auch die Antriebsmotoren und gegebenenfalls ein Antriebsriemen der Spindelantriebe sind damit gut für Wartungen zugänglich.This design of the cardanic bearing saves space and is simple in terms of construction. The bearing points can be well protected against environmental influences. The bearing can be assembled with screw connections, so that maintenance becomes particularly easy, especially when the cardanic bearings are arranged in an easily accessible manner at the base or in the lower area of the first arm link. The drive motors and, if necessary, a drive belt for the spindle drives are also easily accessible for maintenance.

Es kann außerdem vorgesehen sein, dass das erste Koppelgetriebe und/oder das zweite Koppelgetriebe als sechsgliedrige Watt'sche oder Stephenson'sche Kette ausgebildet ist.Provision can also be made for the first linkage and/or the second linkage to be in the form of a six-link Watt's or Stephenson's chain.

Eine konkrete Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass das erste Koppelgetriebe ein ternäres Glied in der Form eines starren Dreiecks sowie ein zweites Koppelmittel aufweist, wobei das ternäre Glied an jeder seiner Ecken jeweils um eine Schwenkachse schwenkbar derart gelagert ist, dass es um eine erste Schwenkachse mit der Spindelmuttereinheit, um eine zweite Schwenkachse mit der Basis, und um eine dritte Schwenkachse mit dem zweiten Koppelmittel schwenkbar verbunden ist. Das zweite Koppelmittel kann beispielsweise eine Koppelstange aufweisen oder in einer Koppelstange bestehen, die an ihrem dem ternären Glied abgewandten Ende schwenkbar mit dem ersten Armglied verbunden ist.A specific embodiment of the invention can provide that the first coupling mechanism has a ternary link in the form of a rigid triangle and a second coupling means, the ternary link being mounted at each of its corners so that it can pivot about a pivot axis in such a way that it is connected to the spindle nut unit about a first pivot axis, to the base about a second pivot axis, and to the second coupling means about a third pivot axis. The second coupling means can, for example, have a coupling rod or consist of a coupling rod which is pivotably connected to the first arm member at its end remote from the ternary member.

Eine weitere Ausführungsform kann zudem vorsehen, dass das zweite Koppelgetriebe jeweils ein Zug- und Druckkräfte übertragendes erstes Koppelmittel sowie zweites Koppelmittel aufweist, dass das erste Koppelmittel die Form einer starren Dreiecksstruktur besitzt, an deren Ecken das erste Koppelmittel jeweils um eine Schwenkachse schwenkbar derart gelagert ist, dass das Koppelmittel um eine erste Schwenkachse, die beispielsweise eine Schwenkachse eines Kardangelenkes ist, mit der Spindelmuttereinheit, um eine zweite Schwenkachse mit dem ersten Armglied, und um eine dritte Schwenkachse mit dem zweiten Koppelmittel schwenkbar verbunden ist, und dass das zweite Koppelmittel in Form einer Verbindungsstrebe oder Koppelstange ausgebildet ist, dessen eines Strebenende mit dem ersten Koppelmittel um die Schwenkachse schwenkbar verbunden ist und dessen anderes Strebenende mit dem zweiten Armglied um eine Schwenkachse schwenkbar verbunden ist.A further embodiment can also provide that the second coupling mechanism has a first coupling means that transmits tensile and compressive forces, as well as a second coupling means, that the first coupling means has the shape of a rigid triangular structure, at the corners of which the first coupling means is mounted so that it can pivot about a pivot axis in such a way that the coupling means about a first pivot axis, which is, for example, a pivot axis of a cardan joint, with the spindle nut unit, about a second pivot axis with the first arm member, and about a third pivot axis with the second coupling pivotally connected, and that the second coupling means is designed in the form of a connecting strut or coupling rod, one strut end of which is connected to the first coupling means so as to be pivotable about the pivot axis and the other strut end of which is connected so as to be pivotable about a pivot axis to the second arm member.

Eine weitere Implementierung der Erfindung kann vorsehen, dass das zweite Koppelgetriebe ein erstes und wenigstens ein zweites Zug- und Druckkräfte übertragendes Koppelmittel aufweist, von denen das erste Koppelmittel einerseits an dem ersten Armglied um eine zur zweiten Achse parallel orientierte Schwenkachse schwenkbar gelagert und andererseits mit der Spindelmuttereinheit des zweiten Linearaktuators verbunden ist, und von denen wenigstens das zweite Koppelmittel einerseits mit der Spindelmuttereinheit des zweiten Linearaktuators mittel- oder unmittelbar schwenkbar verbunden und andererseits an dem zweiten Armglied um eine zur zweiten Achse parallel orientierte Schwenkachse schwenkbar gelagert ist, und dass das erste und wenigstens das zweite Koppelmittel mit der Spindelmuttereinheit des zweiten Linearaktuators mittel- oder unmittelbar beispielsweise über ein gemeinsames Kardangelenk verbunden sind.A further implementation of the invention can provide that the second coupling mechanism has a first and at least one second coupling means that transmits tensile and compressive forces, of which the first coupling means is mounted on the first arm member pivotably about a pivot axis oriented parallel to the second axis and on the other hand is connected to the spindle nut unit of the second linear actuator, and of which at least the second coupling means is directly or indirectly pivotably connected to the spindle nut unit of the second linear actuator and on the other hand pivotable on the second arm member about a pivot axis oriented parallel to the second axis is mounted, and that the first and at least the second coupling means are connected directly or indirectly to the spindle nut unit of the second linear actuator, for example via a common cardan joint.

Es kann außerdem vorgesehen sein, dass zwei Gabelteile eines gabelförmigen Fortsatzes des ersten Armgliedes schwenkbar um eine gemeinsame Schwenkachse mit zwei sich jeweils einseitig schwenkbar um eine Schwenkachse an der Basis abstützenden Hydraulikzylindereinheiten verbunden sind, wobei die Schwenkachsen parallel zur zweiten Achse orientiert sind.Provision can also be made for two fork parts of a fork-shaped extension of the first arm member to be pivotably connected about a common pivot axis to two hydraulic cylinder units which are each supported on one side pivotable about a pivot axis on the base, the pivot axes being oriented parallel to the second axis.

Durch die beiden vorteilhaft symmetrisch zum ersten Armglied und dessen Fortsatz angeordneten Hydraulikzylindereinheiten kann ein Gewichtsausgleich stattfinden, der auf das erste Armglied symmetrisch wirkt, so dass Torsionsmomente, die auf den Roboterarm wirken und die Präzision der Bewegungssteuerung verringern, weitgehend vermieden werden.Due to the two hydraulic cylinder units, which are advantageously arranged symmetrically to the first arm link and its extension, a weight compensation can take place that acts symmetrically on the first arm link, so that torsional moments that act on the robot arm and reduce the precision of the movement control are largely avoided.

Zudem kann auch vorgesehen sein, dass die Zentralhand drei orthogonal zueinander orientierte, motorisch angetriebene Schwenkachsen aufweist, von denen eine Schwenkachse über zwei räumlich getrennte Getriebe durch einen Antriebsmotor antreibbar ist.In addition, it can also be provided that the in-line wrist has three motor-driven pivot axes oriented orthogonally to one another, one pivot axis of which can be driven by a drive motor via two spatially separate gears.

Eine weitere Ausführungsform kann zudem vorsehen, dass das erste Armglied eine Armlänge von bis zu 4 m, vorzugsweise 2,5 m, besitzt und das zweite Armglied eine Armlänge von bis zu 4 m, vorzugsweise 3 m besitzt.A further embodiment can also provide that the first arm link has an arm length of up to 4 m, preferably 2.5 m, and the second arm link has an arm length of up to 4 m, preferably 3 m.

Es kann auch vorgesehen sein, dass das erste und zweite Armglied wenigstens abschnittsweise in Form von Doppelstreben ausgebildet sind, so dass längs eines Armgliedes zwei getrennte Kraftpfade zwischen den jeweiligen Anlenkungspunkten der Armglieder vorhanden sind. Bei einer solchen Konstruktion lässt sich auch der gabelförmige Fortsatz am ersten Armglied einfach gestalten.Provision can also be made for the first and second arm link to be designed at least in sections in the form of double struts, so that there are two separate force paths along an arm link between the respective articulation points of the arm links. With such a The fork-shaped extension on the first arm link can also be designed easily.

Zusätzlich zu einer guten Stabilisierung der Konstruktion gegen Torsion kann in den Zwischenräumen zwischen den jeweiligen Doppelstreben auch Raum für andere bewegte Teile der Getriebe geschaffen werden, die in bestimmten Positionen zwischen die Doppelstreben eintauchen.In addition to good stabilization of the construction against torsion, space can also be created in the interstices between the respective double struts for other moving parts of the transmission, which dip between the double struts in certain positions.

Eine weitere Ausführungsform kann vorsehen, dass die Koppelmittel des ersten und zweiten Koppelgetriebes gabelförmig ausgebildet sind, so dass längs eines jeweiligen Koppelmittels zwei getrennte Kraftpfade zwischen den jeweiligen Anlenkungspunkten der Koppelmittel vorhanden sind.A further embodiment can provide that the coupling means of the first and second coupling mechanism are fork-shaped, so that along a respective coupling means there are two separate force paths between the respective articulation points of the coupling means.

Letztlich kann die Erfindung auch dadurch implementiert werden, dass das erste Koppelmittel des zweiten Koppelgetriebes als ternäres Getriebeglied ausgebildet ist, das über eine dreidimensionale, offen ausgebildete Struktur verfügt, die sich aus Gabeln oder Doppelstreben zusammensetzt, an denen endseitig jeweils Lageraugen angebracht sind.Ultimately, the invention can also be implemented in that the first coupling means of the second coupling mechanism is designed as a ternary gear member that has a three-dimensional, open structure that is composed of forks or double struts, on each of which bearing eyes are attached at the ends.

Das jeweils mit dem Linearaktuator in Eingriff stehende Koppelgetriebe setzt die translatorische Bewegung der sich längs der Spindel(n) fortbewegenden Spindelmuttereinheit(en) in eine rotatorische Bewegung des ersten und/oder zweiten Armgliedes um die jeweils zweite bzw. dritte Schwenkachse um. Durch die sechsgliedrige Ausbildung des zweiten Koppelgetriebes und/oder auch des ersten Koppelgetriebes, vorzugsweise in Form einer Watt'schen Kette zum Ausschwenken des ersten und/oder zweiten Armgliedes wird eine signifikante Vergrößerung des durch den Roboterarm zugänglichen Arbeitsraums ermöglicht. Dies betrifft insbesondere die Zugänglichkeit des Roboterarms in boden- und roboterbasisnahen Bereichen.The coupling gear engaged with the linear actuator converts the translational movement of the spindle nut unit(s) moving along the spindle(s) into a rotational movement of the first and/or second arm member about the respective second or third pivot axis. The six-link design of the second linkage and/or the first linkage, preferably in the form of a Watt's chain for swinging out the first and/or second arm link, enables a significant increase in the working space accessible to the robot arm. This applies in particular to the accessibility of the robot arm in areas close to the floor and the robot base.

Zur drehbaren Lagerung der lösungsgemäßen Roboteranordnung um die erste Achse, die typischerweise der Vertikalachse entspricht, dient die motorisch um die erste Achse drehbar angeordnete Basis, vorzugsweise in Form einer Drehkranzanordnung mit Außenverzahnung, mit der zwei gegenseitig verspannte Antriebsritzel in Eingriff stehen. Mit einem derartig ausgebildeten Verspannungsgetriebe wird eine spielfreie Übertragung des Antriebsmomentes auf die Basis mit der darauf angeordneten Roboteranordnung möglich.The motorized base, preferably in the form of a slewing ring arrangement with external teeth, with which two mutually braced drive pinions are engaged, is used for the rotatable mounting of the robot arrangement according to the solution about the first axis, which typically corresponds to the vertical axis. With such a rigging gear, a backlash-free transmission of the drive torque to the base with the robot arrangement arranged thereon is possible.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Zeichnungsfiguren gezeigt und nachfolgend erläutert.In the following, the invention is shown using exemplary embodiments in drawing figures and explained below.

Dabei zeigen:

1 eine Seitenansicht des lösungsgemäß ausgebildeten vertikalen Knickarmroboters,
2a, b, c: eine schematische Darstellung der Lagerung und Positionierung der als Drehkranzanordnung ausgebildeten Basis,
3a - 3e eine perspektivische Ansicht auf die Koppelgetriebeanordnungen,
4: eine Darstellung eines Teils des zweiten Armglieds,
5a, b: eine perspektivische Darstellung sowie eine Schnittbilddarstellung durch eine Zentralhand sowie
6a, b: eine Illustration des Aktionsradius der lösungsgemäß ausgebildeten Roboteranordnung.

show:

1 a side view of the vertical articulated arm robot designed according to the solution,
2a, b , c : a schematic representation of the bearing and positioning of the base designed as a slewing ring assembly,
3a - 3e a perspective view of the linkage assemblies,
4 : a representation of a part of the second limb,
5a, b : a perspective view and a sectional view through an in-line wrist and
6a, b : an illustration of the radius of action of the robot arrangement designed according to the solution.

1 zeigt eine Seitenansicht eines lösungsgemäß ausgebildeten vertikalen Knickarmroboters, der einen um eine erste Achse A1, die der Vertikalachse entspricht, drehbar angeordneten Roboterarm aufweist, der zwei in Form einer kinematischen Kette seriell hintereinander angeordnete Roboterarmglieder 2, 3 sowie eine zur Handhabung und Positionierung einer nicht weiter dargestellten Nutzlast endseitig am zweiten Armglied 3 angebrachte Zentralhand 4Z umfasst. 1 shows a side view of a vertical articulated-arm robot designed according to the solution, which has a robot arm arranged such that it can rotate about a first axis A1, which corresponds to the vertical axis, which comprises two robot arm links 2, 3 arranged serially one behind the other in the form of a kinematic chain and a central hand 4Z attached at the end to the second arm link 3 for handling and positioning a payload (not shown in more detail).

Das erste der beiden Armglieder 2 ist schwenkbar um eine zur ersten Achse A1 orthogonal orientierte zweite Achse A2 an der Basis 1 angebracht. Vorzugsweise ist die zweite Achse A2 horizontal orientiert. Endseitig am ersten Armglied 2, der Basis 1 gegenüberliegend, ist das zweite Armglied 3 schwenkbar um eine dritte Achse A3, die parallel zur zweiten Achse A2 orientiert ist, angebracht.The first of the two arm members 2 is pivotally attached to the base 1 about a second axis A2 oriented orthogonally to the first axis A1. The second axis A2 is preferably oriented horizontally. At the end of the first arm member 2, opposite the base 1, the second arm member 3 is pivotally mounted about a third axis A3 oriented parallel to the second axis A2.

Für ein dynamisches Verschwenken des ersten Armgliedes 2 um die horizontale zweite Achse A2 dient ein Linearaktuator 4, der über ein erstes Koppelgetriebe K1 einerseits mit der Basis 1 und andererseits mit dem ersten Armglied 2 gekoppelt ist. Der erste Linearaktuator 4 ist als Spindelantrieb ausgebildet und verfügt über eine elektromotorisch angetriebene Spindel 42 in Form einer Gewindestange, die in Eingriff mit einer Spindelmuttereinheit 41 steht. Das untere Ende der Spindel ist an der um die erste Achse A1 rotierbar gelagerten Basis 1 um eine zur zweiten Achse A2 parallel orientierte Schwenkachse SA4 schwenkbar gelagert.A linear actuator 4, which is coupled via a first linkage K1 to the base 1 on the one hand and to the first arm member 2 on the other hand, is used for dynamic pivoting of the first arm member 2 about the horizontal second axis A2. The first linear actuator 4 is designed as a spindle drive and has a spindle 42 driven by an electric motor in the form of a threaded rod which is in engagement with a spindle nut unit 41 . The lower end of the spindle is pivotally mounted on the base 1, which is mounted such that it can rotate about the first axis A1, about a pivot axis SA4 oriented parallel to the second axis A2.

Der Spindelantrieb 4 verfügt über einen mittels eines Servomotors 4S angetriebenen Riemenantrieb 4R, der in Verbindung mit der Spindel 42 steht, wodurch sich die Spindelmuttereinheit 41 in axialer Richtung der Gewindespindel 42 in Abhängigkeit der Servomotordrehrichtung längs der Spindel 42 linear nach oben bzw. nach unten bewegt.The spindle drive 4 has a belt drive 4R driven by a servomotor 4S, which is connected to the spindle 42, whereby the spindle nut unit 41 moves linearly up or down in the axial direction of the threaded spindle 42, depending on the direction of rotation of the servomotor along the spindle 42.

Die von der Spindelmuttereinheit 41 längs der Spindel 42 ausgeübte Linearbewegung wird mit Hilfe des Koppel- bzw. Hebelgetriebes K1 in eine rotatorische Bewegung des ersten Armgliedes 2 um die zweite Achse 2 umgesetzt. Hierzu weist das erste Koppel- bzw. Hebelgetriebe K1 ein erstes und zweites Zug- und Druckkräfte übertragendes Koppelmittel 6, 7 auf, von denen das erste Koppelmittel 6 einerseits mittel- oder unmittelbar an der Basis 1, um eine zur zweiten Achse A2 parallel orientierte Schwenkachse SA41 schwenkbar gelagert ist und andererseits mit der Spindelmuttereinheit 41 des ersten Linearaktuators 4 ebenfalls schwenkbar um eine Schwenkachse SA40 verbunden ist. Die Schwenkachse SA41 weist einen lateralen Abstand zur Schwenkachse SA4 auf, um die die Spindel 42 schwenkbar an der Basis 1 gelagert ist, um auf diese Weise einerseits am Ort der Spindelmuttereinheit 42 ein möglichst großes, die Spindel 42 auslenkendes Drehmoment bei möglichst minimaler Zugbelastung längs der Spindel zu erzeugen.The linear movement exerted by the spindle nut unit 41 along the spindle 42 is converted into a rotational movement of the first arm member 2 about the second axis 2 with the aid of the coupling or lever mechanism K1. For this purpose, the first coupling or lever mechanism K1 has a first and second coupling means 6, 7, which transmit tensile and compressive forces, of which the first coupling means 6 is mounted, on the one hand, directly or indirectly on the base 1, pivotably about a pivot axis SA41 oriented parallel to the second axis A2, and, on the other hand, is connected to the spindle nut unit 41 of the first linear actuator 4, likewise pivotably about a pivot axis SA40. The pivot axis SA41 is at a lateral distance from the pivot axis SA4, about which the spindle 42 is mounted pivotably on the base 1, in order in this way to generate the greatest possible torque at the location of the spindle nut unit 42, deflecting the spindle 42, with the least possible tensile load along the spindle.

Das erste Koppelmittel 6 ist als ternäres Glied ausgebildet und weist außer den Schwenkachsen SA40 und SA41 noch eine dritte, von SA40 und von SA41 beabstandete Schwenkachse SA43 auf, an der es schwenkbar mit dem zweiten Koppelmittel 7 verbunden ist. Die Schwenkachsen SA40, SA41 und SA43 des ersten Koppelmittels sind voneinander beabstandet und zueinander parallel orientiert. Das zweite Koppelmittel 7 des ersten Koppelgetriebes K1 ist einerseits mit dem ersten Koppelmittel 6 um die Schwenkachse SA43 schwenkbar verbunden und andererseits an dem ersten Armglied 2 um eine zur zweiten Achse A2 parallel orientierte Schwenkachse SA42 schwenkbar gelagert. Zur schwenkbaren Lagerung des zweiten Koppelmittels 7 am ersten Armglied 2 ist es ebenfalls aus Gründen einer möglichst großen Drehmomenterzeugung bzw. -übertragung vorteilhaft, die Anbringung der Schwenkachse SA42 möglichst weit von der zweiten Achse A2 längs des ersten Armgliedes 2 zu platzieren, d. h. möglichst an dem der zweiten Achse A2 gegenüberliegenden Ende des ersten Armgliedes 2.The first coupling means 6 is designed as a ternary link and, in addition to the pivot axes SA40 and SA41, also has a third pivot axis SA43, spaced apart from SA40 and SA41, on which it is pivotably connected to the second coupling means 7. The pivot axes SA40, SA41 and SA43 of the first coupling means are spaced apart from one another and oriented parallel to one another. The second coupling means 7 of the first coupling mechanism K1 is connected to the first coupling means 6 so that it can pivot about the pivot axis SA43 and is also mounted on the first arm member 2 so that it can pivot about a pivot axis SA42 oriented parallel to the second axis A2. For the pivotable mounting of the second coupling means 7 on the first arm member 2, it is also advantageous for reasons of the greatest possible torque generation or transmission to place the attachment of the pivot axis SA42 as far as possible from the second axis A2 along the first arm member 2, i. H. if possible at the end of the first arm link 2 opposite the second axis A2.

Das erste Koppelmittel 6 ist mit der Spindelmuttereinheit 41 über ein Kardangelenk 4K verbunden, so dass eine möglichst verlustarme, verkantungsfreie Umsetzung der von der Spindelmuttereinheit 41 ausgeübten Linearbewegung in eine das erste Armglied 2 um die zweite Achse A2 schwenkende Bewegung ermöglicht wird. Durch die optimiert beabstandete Anordnung der kinematischen Anlenkpunkte des ersten Koppelgetriebes K1 an den Orten der Schwenkachsen SA41, SA42 und SA43 sowie des Kardangelenkes 4K an der Spindelmuttereinheit 41 kann die auf die Spindel 42 wirkende Zugkraft minimiert werden. In vorteilhafter Weise ist zudem an der Basis 1 der Gewichtsausgleich in Form von zwei symmetrisch angeordneten Hydraulikzylindereinheiten 10a, 10b sowie einen die Hydraulikzylindereinheiten speisender Druckspeicher angebracht; je nach Ausführung können auch mehrere Druckspeicher vorgesehen werden. Die Hydraulikzylindereinheiten 10a, 10b stützen sich einseitig an der Basis 1 ab, an der sie zudem um eine gemeinsame Schwenkachse SA10 drehbar gelagert sind. Andererseits ist jede der Hydraulikzylindereinheiten drehbar um die Schwenkachse SA12 mit je einem Gabelteil eines mit dem ersten Armglied 2 fest verbundenen gabelförmigen Fortsatzes 12 verbunden Die Schwenkachsen SA10 und SA12 sind parallel zueinander und zur zweiten Achse A2 orientiert. Die Hydraulikzylindereinheiten 10a, 10b dienen somit als Gewichtsausgleichsystem und greifen symmetrisch an den beiden Gabelteilen des Fortsatzes 12 an, so dass Querkräfte durch das Gewichtsausgleichsystem auf das erste Armglied 2 vermieden werden.The first coupling means 6 is connected to the spindle nut unit 41 via a cardan joint 4K, so that the linear movement exerted by the spindle nut unit 41 can be converted with as little loss as possible and without jamming into a movement pivoting the first arm member 2 about the second axis A2. The tensile force acting on the spindle 42 can be minimized by the optimally spaced arrangement of the kinematic pivot points of the first coupling mechanism K1 at the locations of the pivot axes SA41, SA42 and SA43 and of the cardan joint 4K on the spindle nut unit 41. Advantageously, the counterweight in the form of two symmetrically arranged hydraulic cylinder units 10a, 10b and a pressure accumulator feeding the hydraulic cylinder units are also attached to the base 1; Depending on the design, several pressure accumulators can also be provided. The hydraulic cylinder units 10a, 10b are supported on one side on the base 1, on which they are also rotatably mounted about a common pivot axis SA10. On the other hand, each of the hydraulic cylinder units is rotatably connected about the pivot axis SA12 to a fork part of a fork-shaped extension 12 fixedly connected to the first arm member 2. The pivot axes SA10 and SA12 are oriented parallel to one another and to the second axis A2. The hydraulic cylinder units 10a, 10b thus serve as a weight compensation system and act symmetrically on the two fork parts of the extension 12, so that lateral forces on the first arm member 2 by the weight compensation system are avoided.

Der Antrieb zur Initiierung dynamischer Schwenkbewegungen des zweiten Armgliedes 3 um die dritte Achse A3 erfolgt mit einem zum ersten Linearaktuator 4 ähnlichen zweiten Linearaktuator 5 in Form eines Spindelantriebs und einem mit diesem gekoppelten zweiten Koppelgetriebe K2, das als sechsgliedriges Koppelgetriebe, vorzugsweise in Form einer Watt'schen oder Stephenson'schen Kette, ausgebildet ist. Der zweite Linearaktuator 5 weist eine motorisch angetriebene als Gewindespindel ausgebildete Spindel 52 auf, die in Eingriff mit einer Spindelmuttereinheit 51 steht. Auch bei diesem Antrieb ist ein mit der Spindel 52 gekoppelter Riemenantrieb baugleich oder ähnlich dem Riemenantrieb 4R vorgesehen, der von einem Servomotor angetrieben wird, am Fuß der Spindel angeordnet ist und die Spindel antreibt. Es kann anstelle eines Servomotors beispielsweise auch ein hydraulischer oder pneumatischer Antrieb vorgesehen sein. Ein großer Vorteil der lösungsgemäßen Roboteranordnung ist darin zu sehen, dass identische oder weitgehend ähnliche Linearaktuatoren für den ersten und zweiten Linearaktuator verwendet werden können. Dies reduziert die Herstellungskosten in der Serienfertigung deutlich.The drive for initiating dynamic pivoting movements of the second arm member 3 about the third axis A3 takes place with a second linear actuator 5 similar to the first linear actuator 4 in the form of a spindle drive and a second coupling mechanism K2 coupled to this, which is designed as a six-member coupling mechanism, preferably in the form of a Watt's or Stephenson's chain. The second linear actuator 5 has a motor-driven spindle 52 designed as a threaded spindle, which is in engagement with a spindle nut unit 51 . In this drive, too, a belt drive coupled to the spindle 52 is provided, identical in construction or similar to the belt drive 4R, which is driven by a servo motor, is arranged at the foot of the spindle and drives the spindle. Instead of a servomotor, for example, a hydraulic or pneumatic drive can also be provided. A major advantage of the robot arrangement according to the solution can be seen in the fact that identical or largely similar linear actuators can be used for the first and second linear actuator. This significantly reduces the manufacturing costs in series production.

Die von der Spindelmuttereinheit 51 in Abhängigkeit der Motordrehrichtung des Servomotors längs der Spindel 52 durchgeführte Linearbewegung wird mit Hilfe des zweiten Koppelgetriebes K2 in eine um die dritte Achse A3 orientierte Rotations- bzw. Schwenkbewegung des zweiten Armglieds 3 umgesetzt, mit der das zweite Armglied 3 relativ zum ersten Armglied 2 geschwenkt werden kann.The linear movement performed by the spindle nut unit 51 along the spindle 52 as a function of the direction of rotation of the servo motor is converted with the aid of the second coupling mechanism K2 into a rotational or pivoting movement of the second arm member 3 oriented around the third axis A3, with which the second arm member 3 can be pivoted relative to the first arm member 2.

Hierzu ist die Spindel 52, die ein Teil des zweiten Koppelgetriebes K2 ist, mit ihrem unteren Spindelende schwenkbar um die Schwenkachse SA5 am ersten Armglied 2 gelagert. Die Spindel 52 stützt sich somit in einem an dem ersten Armglied 2 angeordneten Schwenklager ab. Dies bewirkt zum einen, dass Schwenkbewegungen um die Achse A2 sowie Achse A3 voneinander entkoppelt sind und zum anderen können auf diese Weise die längs der Spindel 52 wirkenden Zugkräfte vom ersten Armglied 2 aufgenommen werden.For this purpose, the spindle 52, which is part of the second linkage K2, is mounted on the first arm member 2 with its lower end of the spindle so that it can pivot about the pivot axis SA5. The spindle 52 is thus supported in a manner on the first arm link 2 arranged swivel bearing. On the one hand, this has the effect that pivoting movements about the axis A2 and axis A3 are decoupled from one another and, on the other hand, the tensile forces acting along the spindle 52 can be absorbed by the first arm member 2 in this way.

Das zweite Koppelgetriebe K2 umfasst ein erstes Koppelmittel 8, das in Art einer starren dreiecksförmigen Struktur ausgebildet ist. Diese Struktur weist drei, über Verbindungsstreben oder im vorliegenden Fall über ein einziges, gabelförmiges Teil, starr miteinander verbundene Anlenkungspunkte, vorzugsweise jeweils als Lageraugen ausgebildet, auf. In 1 ist das erste Koppelmittel 8 in Seitenansicht gezeigt, dessen räumliche Ausbildung jedoch in 3b dargestellt ist und im weiteren Beschreibungstext näher erläutert wird. Das erste Koppelmittel 8 ist einerseits an dem ersten Armglied 2 um eine zur zweiten Achse A2 parallel orientierte Schwenkachse SA51 schwenkbar gelagert und andererseits mit der Spindelmuttereinheit 51 des zweiten Linearaktuators 5 über ein Kardangelenk 5K zumindest um die Schwenkachse SA50 schwenkbar verbunden. Am Koppelmittel 8 ist eine zusätzliche Schwenkachse SA53 vorgesehen, um die das Koppelmittel 9 auf der einen Seite schwenkbar gelagert ist, welches andererseits um die Achse SA52 schwenkbar mit dem zweiten Armglied 3 verbunden ist. Die Sechsgliedrigkeit des zweiten Koppelgetriebes K2 setzt sich aus der Anzahl der durch Gelenke bzw. Schwenkachsen miteinander verbundenen Einzelglieder zusammen. Das zweite Koppelgetriebe K2 bildet eine sechsgliedrige Watt'sche Kette. Die Spindel 52 stellt die erste Einzelkomponente der Watt'schen Kette dar, längs der die Spindelmuttereinheit 51 als zweite Komponente bidirektional längsbeweglich angeordnet ist. Das zweite Koppelmittel 8 ist als dritte Einzelkomponente und starre Dreiecksstrukturmit der als Spindelmuttereinheit 51 ausgebildeten zweiten Einzelkomponente schwenkbar um die Schwenkachse SA50 verbunden sowie schwenkbar um die Schwenkachse SA51 mit dem ersten Armglied 2 und um die Schwenkachse SA53 mit dem zweiten Koppelmittel 9 verbunden, welches die vierte Einzelkomponente darstellt. Das zweite Koppelmittel 9 ist schwenkbar mit dem zweiten Armglied 3 als fünfte Einzelkomponente um die Achse SA52 verbunden. Das zweite Armglied 3 ist letztlich über die dritte Achse A3 schwenkbar an dem ersten Armglied 2 verbunden, das der sechsten Einzelkomponente der sechsgliedrigen Watt'schen Kette entspricht.The second linkage K2 includes a first coupling means 8, which is designed in the manner of a rigid triangular structure. This structure has three articulation points that are rigidly connected to one another via connecting struts or, in the present case, via a single, fork-shaped part, preferably in the form of bearing eyes. In 1 the first coupling means 8 is shown in a side view, but its spatial configuration in 3b is shown and is explained in more detail in the further description text. The first coupling means 8 is pivotably mounted on the first arm member 2 about a pivot axis SA51 oriented parallel to the second axis A2 and on the other hand is connected to the spindle nut unit 51 of the second linear actuator 5 via a cardan joint 5K so that it can pivot at least about the pivot axis SA50. An additional pivot axis SA53 is provided on the coupling means 8, about which the coupling means 9 is mounted pivotably on the one hand, which on the other hand is connected to the second arm member 3 pivotably about the axis SA52. The six-membered system of the second linkage K2 is made up of the number of individual members connected to one another by joints or pivot axes. The second linkage K2 forms a six-link Watt's chain. The spindle 52 represents the first individual component of Watt's chain, along which the spindle nut unit 51 is arranged as the second component to be longitudinally movable in both directions. The second coupling means 8, as a third individual component and rigid triangular structure, is connected to the second individual component designed as a spindle nut unit 51 so that it can pivot about the pivot axis SA50 and is connected to the first arm member 2 so that it can pivot about the pivot axis SA51 and to the second coupling means 9, which represents the fourth individual component, about the pivot axis SA53. The second coupling means 9 is pivotally connected to the second arm link 3 as a fifth individual component about the axis SA52. The second arm link 3 is finally pivotally connected via the third axis A3 to the first arm link 2, which corresponds to the sixth individual component of the six-link Watt's chain.

Sämtliche Anlenkungspunkte sowie Längen und Anstellwinkel des zweiten Koppelgetriebes K2 sind derart aufeinander abgestimmt, dass die längs der Spindel 52 wirkende Spindelkraft minimiert ist und keinerlei Kollisionen zwischen dem motorisch angetriebenen ersten und zweiten Koppelgetriebe auftreten können. Hierzu sind die Koppelmittel der beiden Koppelmittelgetriebe K1, K2, wie dies auch im Weiteren erläutert wird, gabel- bzw. koppelartig ausgebildet, wodurch die Kraftübertragung sowie auch die Steifigkeit der Konstruktion der jeweiligen Koppelgetriebe signifikant erhöht werden kann.All articulation points as well as lengths and angles of the second linkage K2 are matched to one another in such a way that the spindle force acting along the spindle 52 is minimized and no collisions can occur between the motor-driven first and second linkages. For this purpose, the coupling means of the two coupling means K1, K2, as will also be explained below, are designed like forks or couplings, whereby the power transmission as well as the rigidity of the construction of the respective coupling mechanism can be significantly increased.

Die Kardangelenke 4K, 5K, des ersten und zweiten Linearaktuators sorgen für eine verlustarme, verkantungsfreie Kraft- und Drehmomenten-übertragung, und verhindern, dass andere Belastungen als Zug- oder Druckkräfte auf die Spindeln übertragen werden. Die Kardangelenke weisen hierzu jeweils zwei orthogonal zueinander orientierte Schwenkachsen auf, von denen jeweils eine, SA40, SA50 parallel zur zweiten Achse A2 orientiert ist. Beide Schwenkachsen des Kardangelenks sind jeweils orthogonal zur Spindelachse des jeweiligen Linearaktuators orientiert.The 4K, 5K cardan joints of the first and second linear actuators ensure low-loss, tilt-free power and torque transmission and prevent loads other than tensile or compressive forces from being transmitted to the spindles. For this purpose, the cardan joints each have two pivot axes oriented orthogonally to one another, one of which SA40, SA50 is oriented parallel to the second axis A2. Both pivot axes of the cardan joint are each oriented orthogonally to the spindle axis of the respective linear actuator.

Alternativ zu der vorstehend erläuterten, bevorzugten Ausbildung des zweiten Koppelgetriebs K2 als sechsgliedrige Watt'sche Kette ist auch eine äquivalente Realisierung von K2 in Form einer so genannten sechsgliedrigen Stephenson'schen Kette denkbar. Mit Ausnahme der Ausbildung und der kinematischen Anbringung des vorstehend erläuterten ersten Koppelmittels 8 verbleibt in diesem Fall die Roboteranordnung ansonsten unverändert.As an alternative to the above-described, preferred design of the second coupling gear K2 as a six-link Watt's chain, an equivalent implementation of K2 in the form of a so-called six-link Stephenson chain is also conceivable. With the exception of the design and the kinematic attachment of the first coupling means 8 explained above, the robot arrangement otherwise remains unchanged in this case.

Im Fall einer sechsgliedrigen Stephenson'schen Kette ist das Koppelmittel/die Dreiecksstruktur 8 direkt mit dem zweiten Armglied 3 schwenkbar um die Schwenkachse SA52 verbunden und stützt sich gelenkig mittels eines weiteren Koppelmittels am ersten Armglied 2 ab.In the case of a six-link Stephenson chain, the coupling means/triangular structure 8 is connected directly to the second arm member 3 so that it can pivot about the pivot axis SA52 and is supported in an articulated manner on the first arm member 2 by means of a further coupling means.

In den 2a-c sind jeweils Draufsichten auf die als Drehkranz mit Außengewinde ausgebildete um die erste Achse A1 rotierbar gelagerte Basis 1 dargestellt. Um für eine stabile Lagerung der Basis 1 sowie eine spielfreie Übertragung eines Antriebsmomentes auf die als Drehkranz ausgebildete Basis 1 zu gewährleisten, sind zwei mechanisch gegeneinander verspannte Antriebsritzel 13, 14 vorgesehen, die innerhalb eines gemeinsamen Getriebegehäuses in Form eines Verspannungsgetriebes 15 untergebracht sind. Im Weiteren gilt es beide Antriebsritzel 13, 14 exakt und unabhängig voneinander derart an die Außenperipherie der als Drehkranz ausgebildeten Basis 1 zu fügen, so dass die Antriebsritzel exakt auf den Zähnen des Drehkranzes abrollen. Die Spielfreiheit der ineinandergreifenden Verzahnung ergibt sich aus der Verspannung der beiden Antriebsritzel gegeneinander. Diese Anordnung ist vor allem dynamischen Effekten geschuldet. Es soll verhindert werden, dass bei einem Reversieren, d. h. dem Ändern der Drehrichtung, das Zahnflankenspiel zu Ungenauigkeiten bei der Bewegung der Last führt.In the 2a-c top views are shown of the base 1 designed as a slewing ring with an external thread and rotatably mounted about the first axis A1. In order to ensure a stable mounting of the base 1 and a backlash-free transmission of a drive torque to the base 1 designed as a slewing ring, two mechanically braced drive pinions 13, 14 are provided, which are housed within a common gear housing in the form of a tension gear 15. Furthermore, both drive pinions 13, 14 must be fitted exactly and independently of one another to the outer periphery of base 1, which is designed as a slewing ring, so that the drive pinions roll exactly on the teeth of the slewing ring. The freedom from play of the meshing teeth results from the tension of the two drive pinions against each other. This arrangement is mainly due to dynamic effects. It should be prevented that when reversing, ie changing the direction of rotation, the backlash leads to inaccuracies in the movement of the load.

Aufgrund der Anordnung mit den zwei gegeneinander verspannten Antriebsritzeln 13, 14 ist eine spezielle Positioniereinrichtung für das verspannte Getriebe 15 erforderlich, das sowohl eine translatorische sowie auch rotatorische Positionierung ermöglicht.Due to the arrangement with the two drive pinions 13, 14 braced against one another, a special positioning device is required for the braced gear 15, which enables both translatory and rotary positioning.

In einem ersten Schritt wird durch Translation des Getriebegehäuses zunächst ein Antriebsritzel 14 exakt mit der Zahnflankenstruktur des Drehkranzes in Eingriff gebracht, wie dies in 2b illustriert ist, wobei das zweite Antriebsritzel 13 von der Drehkranzstruktur beabstandet bleibt. Im nächsten Schritt gemäß 2c wird das Verspannungsgetriebe 15 samt des Antriebsritzels 13 um die Drehachse des Antriebsritzels 14 an die Zahnflankenkontur des Drehkranzes 1 gedreht. Durch diese Anordnung, bei der die Drehachse, um die herum das Getriebegehäuse bzw. das Verspannungsgetriebe 15 gedreht wird, und die Drehachse des Antriebsritzels 14 identisch sind, ist es möglich, die Teilkreise beider Antriebsritzel 13, 14 unabhängig voneinander auf den Teilkreis des Drehkranzes 1 einzustellen und einen perfekten Lauf der Zahnradpaarungen zu gewährleisten.In a first step, a drive pinion 14 is brought exactly into engagement with the tooth flank structure of the slewing ring by translation of the gear housing, as shown in 2 B is illustrated with the second pinion gear 13 remaining spaced from the ring gear structure. In the next step according to 2c the tension gear 15 together with the drive pinion 13 is rotated about the axis of rotation of the drive pinion 14 to the tooth flank contour of the slewing ring 1 . This arrangement, in which the axis of rotation around which the gear housing or the tension gear 15 is rotated, and the axis of rotation of the drive pinion 14 are identical, makes it possible to adjust the pitch circles of both drive pinions 13, 14 independently of one another to the pitch circle of the slewing ring 1 and to ensure perfect running of the gear wheel pairs.

Die für den vorstehenden Positioniervorgang erforderliche Positioniereinrichtung umfasst speziell angepasste äußere und innere Lagerschalen mit jeweils unterschiedlichen Radien, die gemeinsam auf Führungsschienen translatorisch verschiebbar angebracht sind. Nach geeigneter translatorischer Positionierung werden die äußeren Lagerschalen fixiert und die inneren Lagerschalen in geeigneter Weise gedreht. Greifen beide Antriebsritzel exakt in den Drehkranz ein, so werden beide Lagerschalen starr miteinander verbunden.The positioning device required for the above positioning process includes specially adapted outer and inner bearing shells, each with different radii, which are mounted together on guide rails so that they can be displaced in a translatory manner. After suitable translational positioning, the outer bearing shells are fixed and the inner bearing shells are rotated in a suitable manner. If both drive pinions engage exactly in the slewing ring, both bearing shells are rigidly connected to each other.

Auf diese Weise ist sichergestellt, dass beide Antriebsritzel 13, 14 exakt mit den Zähnen des Drehkranzes im Eingriff stehen. Hierdurch ist es möglich, dass Antriebsmomente über 60 kNm übertragen werden können, mit denen sowohl das Eigengewicht der Roboteranordnung bewegt, aber insbesondere Nutzlasten bis zu 4 t mit Hilfe der Roboteranordnung gehandhabt und positioniert werden können.In this way it is ensured that both drive pinions 13, 14 are exactly in engagement with the teeth of the slewing ring. This makes it possible for drive torques of more than 60 kNm to be transmitted, with which both the dead weight of the robot arrangement can be moved, but in particular payloads of up to 4 t can be handled and positioned using the robot arrangement.

3a zeigt eine perspektivische Ansicht des Roboterarmes, der die räumliche Ausgestaltung des ersten und zweiten Koppelgetriebes K1, K2 entnommen werden kann. Bei der Handhabung von Nutzlasten, insbesondere mit Hilfe einer um drei Raumachsen beliebig verdrehbaren Zentralhand 4Z treten neben den Hubkräften längs der ersten und zweiten Armglieder 2, 3 orientierte Torsionsbelastungen auf, die zumindest teilweise von den zwei Koppelgetrieben K1 und K2 aufzunehmen sind. Um für eine ausreichende Traglaststabilität sowie insbesondere auch Torsionssteifigkeit innerhalb der zwei Koppelgetriebe K1, K2 zu sorgen, sind die die jeweiligen Koppelgetriebe zusammensetzenden Koppelmittel spangen- bzw. gabelförmig ausgebildet. An den Gabelteilen des gabelförmigen Fortsatzes 12, der fest und steif mit dem ersten Armglied 2 verbunden ist, greifen die beiden Hydraulikzylinder 10a, 10b zum Gewichtsausgleich an _Zudem sind das erste und zweite Koppelmittel 6, 7 jeweils spangen- bzw. gabelförmig ausgebildet und verfügen pro Schwenkachse jeweils über wenigstens zwei Verbindungspunkte bzw. Lageraugen 61, 71, über die längs der einzelnen Koppelmittel Torsionsmomente abgefangen werden können. Die einzelnen spangen- bzw. gabelförmig ausgebildeten Koppelmittel 6, 7 sind konstruktiv derart ausgestaltet, dass sie sich noch gut fertigen lassen. 3a shows a perspective view of the robot arm, from which the spatial configuration of the first and second linkage K1, K2 can be seen. When handling payloads, in particular with the help of an in-line wrist 4Z that can be rotated as desired about three spatial axes, in addition to the lifting forces along the first and second arm members 2, 3, torsional loads occur that are at least partially absorbed by the two linkages K1 and K2. In order to ensure sufficient stability of the load and, in particular, also torsional rigidity within the two linkages K1, K2, the coupling means that make up the respective linkages are designed in the form of a clasp or fork. The two hydraulic cylinders 10a, 10b act on the fork parts of the fork-shaped extension 12, which is firmly and rigidly connected to the first arm member 2, to balance the weight. In addition, the first and second coupling means 6, 7 are each designed in the shape of a clasp or fork and have at least two connection points or bearing eyes 61, 71 per pivot axis, via which torsional moments can be absorbed along the individual coupling means. The individual coupling means 6, 7, which are designed in the shape of a clasp or fork, are structurally designed in such a way that they can still be easily manufactured.

Neben der hohen Torsionssteifigkeit erlauben die spangen- bzw. gabelförmig ausgebildeten Koppelmittel 6, 7 einen möglichst kompakten und den Bauraum reduzierenden Zusammenbau beider, die einzelnen Armglieder 2, 3 antreibenden Linearaktuatoren 4, 5, und gewährleisten überdies, dass die Linearaktuatoren und die damit verbundenen Koppelgetriebe während des Robotereinsatzes nicht in gegenseitige Kollision geraten.In addition to the high torsional rigidity, the clasp- or fork-shaped coupling means 6, 7 allow the most compact and space-reducing assembly of the two linear actuators 4, 5 that drive the individual arm members 2, 3, and also ensure that the linear actuators and the coupling gears connected to them do not collide with each other during robot use.

Ferner kann aus 3a die Ausbildung und Anbringung des zweiten Koppelgetriebes K2 entnommen werden, so insbesondere das als starre Dreiecksstruktur ausgebildete Koppelmittel 8, das in Einzeldarstellung in 3d illustriert ist, in der zusätzlich die Schwenkachse SA51 enthalten ist.Furthermore, off 3a the design and attachment of the second coupling mechanism K2 can be seen, in particular the coupling means 8 designed as a rigid triangular structure, which is shown in detail in 3d is illustrated, which also contains the swivel axis SA51.

Das als ternäre Getriebeglied ausgebildete Koppelmittel 8 verfügt über eine dreidimensionale, offen ausgebildete Struktur und kann als gegossenes Teil mit den Lageraugen L1, L2, L3 gefertigt sein. Das Koppelmittel 8 umfasst dabei einen inneren Bauraum, in den durch die offene Ausbildung der Gabel- bzw. Strebenkonstruktion bspw. der Servomotor 5S des zweiten Linearaktuators 5 bei maximaler Strecklage der Roboteranordnung kollisionsfrei eindringen kann. Ferner greift das Koppelmittel 8 in Verbindung mit dem doppelgabelförmig ausgebildeten zweiten Koppelmittel 9, das in 3e illustriert ist, an vier Lagerstellen 16 an dem zweiten Armglied 3 an.The coupling means 8 designed as a ternary gear element has a three-dimensional, open structure and can be manufactured as a cast part with the bearing eyes L1, L2, L3. The coupling means 8 comprises an inner space into which, for example, the servo motor 5S of the second linear actuator 5 can penetrate without collision when the robot arrangement is in the maximum extended position due to the open design of the fork or strut construction. Furthermore, the coupling means 8 engages in connection with the double-fork-shaped second coupling means 9, which in 3e is illustrated, at four bearing points 16 on the second arm member 3 .

Diese spezielle konstruktive Auslegung des zweiten Koppelgetriebes K2 sorgt für eine hohe Steifigkeit und gestattet ein Einleiten bzw. Abfangen von Torsionsmomenten, die weiter durch die Torsionssteifigkeit des unteren ersten Koppelgetriebes K1 abgefangen werden können.This special structural design of the second linkage K2 ensures a high level of rigidity and allows the introduction or absorption of torsional moments, which can be further absorbed by the torsional rigidity of the lower first linkage K1.

In 4 sind Einzelteile des zweiten Armgliedes 3 in perspektivischer Ansicht illustriert. Die Doppelarmschwinge 31 sieht Lageraugen zur schwenkbeweglichen Anordnung des zweiten Armgliedes 3 relativ zum ersten Armglied 2 um die Achse A3 vor sowie Lageraugen zur schwenkbaren Ankopplung des zweiten Koppelmittels 9 des zweiten Koppelgetriebes K2 um die Achse SA52. Um die Modularität des Robotersystems zu gewährleisten, kann je nach Einsatz- und Anwendungszweck ein unterschiedlich lang dimensioniertes Armrohr 32 abnehmbar fest an das Bauteil 31 montiert werden. Die Zentralhand 4Z kann dann jeweils am freien Ende des Armrohrs 32 montiert werden.In 4 are individual parts of the second arm member 3 illustrated in a perspective view. The double-arm rocker 31 provides bearing eyes for the pivotable arrangement of the second arm member 3 relative to the first arm member 2 about the axis A3 and bearing eyes for the pivotable coupling of the second coupling means 9 of the second coupling mechanism K2 about the axis SA52. In order to ensure the modularity of the robot system, an arm tube 32 of different lengths can be detachably fixed to the component 31 depending on the intended use and application. The in-line wrist 4Z can then be mounted on the free end of the arm tube 32.

Die in den 5a und 5b dargestellte Zentralhand 4Z stellt ein eigenständiges Modul dar, das bspw. durch eine einfachere, für viele Anwendungen ausreichende Lösung, wie bspw. eine Palletierhand ersetzt werden kann. Bei der Ausbildung der Zentralhand 4Z gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine übliche Zentralhand, die sich durch folgende Eigenschaften auszeichnet:

Ein Antriebsmotor 19 ist über ein Getriebe 20 mit einem U-förmigen Übertragungselement 21 zu dessen Drehantrieb um die vierte Achse A4 verbunden Das Getriebe 20 besitzt eine Hohlwelle, so dass durch diese Energiezuführungen sowie Datenkabel für weitere Antriebe, Sensorik und Werkzeuge hindurchgeführt werden können. Innerhalb des U-förmigen Übertragungselementes 21 ist ein weiterer Motor 22 angeordnet, der seinerseits über ein weiteres Getriebe eine Bewegung um die fünfte Achse A5 initiiert. Das weitere Getriebe besteht aus zwei sich gegenüberliegenden Getriebeeinheiten, die jeweils mit Hilfe eines Riementriebs durch den gemeinsamen Servomotor 22 angetrieben werden. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Handachse besonders kompakt auszuführen.

The in the 5a and 5b The in-line hand 4Z shown is an independent module that can be replaced, for example, by a simpler solution that is sufficient for many applications, such as a palletizing hand. The design of the in-line wrist 4Z according to the exemplary embodiment shown is a conventional in-line wrist, which is characterized by the following properties:

A drive motor 19 is connected via a gear 20 to a U-shaped transmission element 21 to drive it in rotation about the fourth axis A4. The gear 20 has a hollow shaft so that energy supplies and data cables for other drives, sensors and tools can be passed through it. Within the U-shaped transmission element 21, another motor 22 is arranged, which in turn initiates a movement about the fifth axis A5 via another gear. The further transmission consists of two opposite transmission units, each of which is driven by the common servo motor 22 with the aid of a belt drive. This arrangement makes it possible to design the hand axis to be particularly compact.

Die sich gegenüberliegenden Getriebeeinheiten der fünften Achse A5 treiben ein weiteres U-förmiges Übertragungselement 24 an, an dem das Getriebe und der Motor der sechsten Achse A6 befestigt sind. Die Motoren zum Antrieb der Bewegungen um die fünfte und sechste Achse A5, A6 befinden sich jeweils innerhalb der Gabelräume der beiden gabel- oder U-förmigen Übertragungselemente 21, 24 und tragen dazu bei, dass die Abmessungen der Zentralhand 4z sehr klein sind.
Die lösungsgemäße Roboteranordnung stellt eine robuste und modular variierbare Konstruktion dar, die eine individuelle Anpassung an unterschiedliche Nutzlastaufgaben erlaubt.The opposing gear units of the fifth axis A5 drive another U-shaped transmission element 24 to which the gear and the motor of the sixth axis A6 are attached. The motors for driving the movements about the fifth and sixth axis A5, A6 are each located within the fork spaces of the two fork-shaped or U-shaped transmission elements 21, 24 and contribute to the fact that the dimensions of the in-line wrist 4z are very small.
The robot arrangement according to the solution represents a robust and modularly variable construction that allows individual adaptation to different payload tasks.

6a illustriert die maximale vertikale Ausdehnung des Arbeitsbereiches A, die bis zu 7 m in vertikaler Erstreckung reichen kann. Die beispielhafte Darstellung des modularen Robotersystems ermöglicht Ausprägungen des Armglieds 2,3 von 2,5 m bzw. 3 m. 6a illustrates the maximum vertical extent of the working area A, which can reach up to 7 m in vertical extent. The exemplary representation of the modular robot system allows the arm link 2.3 to be 2.5 m or 3 m.

In 6b ist eine Draufsicht auf einen lösungsgemäß ausgebildeten vertikalen Knickarmroboter gezeigt, dessen maximale Reichweite R zur Betätigung von Nutzlasten bis zu vier Tonnen 6 m betragen kann. Durch die Eigengröße der Roboteranordnung ist in der beispielhaften Ausführung ein Bereich um die erste Achse A1 mit einem Radius von ca. 1,5 m ausgenommen.In 6b a plan view of a solution according to trained vertical articulated robot is shown, the maximum range R for operating payloads up to four tons can be 6 m. Due to the inherent size of the robot arrangement, an area around the first axis A1 with a radius of approximately 1.5 m is excluded in the exemplary embodiment.

Um einem Robotersystem eine ausreichend hohe Steifigkeit, Bewegungsgenauigkeit und Reproduzierbarkeit der Bewegungen zu verleihen, die notwendig ist, um eine hohe Positioniergenauigkeit zu erreichen, müsste in einer herkömmlichen Bauweise der Roboter sehr massiv und schwer gebaut werden. Zudem sind bei der Bewegung großer Nutzlasten sehr hohe Antriebsmomente um die einzelnen Roboterachsen erforderlich, die jedoch von innerhalb der einzelnen Achsen verbauten Motoren mit entsprechenden Getrieben, wie sie derzeit auf dem Markt erhältlich sind, nicht realisiert werden können.In order to give a robot system a sufficiently high level of rigidity, movement accuracy and reproducibility of the movements, which is necessary to achieve high positioning accuracy, the robot would have to be built very massively and heavily in a conventional design. In addition, when moving large payloads, very high drive torques are required around the individual robot axes, which, however, cannot be realized by motors with appropriate gears built into the individual axes, as are currently available on the market.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 8402301 [0002]
EP 0243362 B1 [0003]
US4507043 [0005]
DE 102011087958 A1 [0006]
DE 102013018857 A1 [0007]

Claims

Device in the form of an articulated robot for handling a payload, with a robot arm which - is attached to a base (1) rotatable about a first axis (A1), - which has at least two arm members (2, 3) arranged one behind the other in the form of a kinematic chain, of which a first arm member (2) is mounted on the base (1) pivotably about a second axis (A2) running transversely to the first axis, in particular oriented orthogonally to the first axis, and a second arm member (3) is mounted on the first arm member (2) pivotably about a third axis (A3) also running transversely to the first axis, in particular oriented parallel to the second axis (A2). , and which in particular has a device attached to the end of the kinematic chain for handling tools or payloads, more particularly an in-line hand (4z), with a first linear actuator (4) pivoting the first arm member (2) about the second axis (A2) being provided, which is coupled via a first coupling mechanism (K1) on the one hand to the base (1) and on the other hand to the first arm member (2), characterizedthat a second linear actuator (5) is provided which pivots the second arm member (3) about the third axis (A3) and is coupled exclusively to the first arm member (2) and the second arm member (3) via a second, in particular six-membered, linkage (K2).

device after claim 1 , characterized in that the first and/or the second linear actuator (4, 5) is in each case designed as a spindle drive, which in each case provides a motor-driven spindle (42, 52) which is in engagement with a spindle nut (41, 51).

device after claim 2 , characterized in that at least one of the spindles (42, 52) is pivotably mounted about a pivot axis (SA4, SA5) oriented parallel to the second axis (A2).

device after claim 2 or 3 , characterized in that at least one of the spindles (42, 52) is cardanically mounted at its base.

Device according to one of claims 2 until 4 , characterized in that the spindle (42) of the first linear actuator (4) is cardanically pivoted on the base (1) and/or that the spindle (52) of the second linear actuator is cardanically pivoted on the first arm member (2), the motor drives of the spindles being connected to the cardanic bearings in one structural unit.

device after claim 2 , 3 , 4 or 5 , characterized in that the first linkage (K1) is pivotally coupled to the spindle nut unit (41) of the first linear actuator (4) via a cardan joint (4K) and/or the second linkage (K2) is pivotally coupled to the spindle nut unit (51) of the second linear actuator (5) via a cardan joint (5K).

device after claim 6 , characterized in that the cardanic mounting of one or both spindles has a dish-shaped outer cardan, an inner cardan rotatably mounted within the outer cardan and a bearing for a spindle inside the inner cardan, with a cover of the cardan bearing carrying a motor unit of the spindle drive.

Device according to one of claims 2 until 7 , characterized in that the first linkage (K1) and/or the second linkage (K2) is designed as a six-link Watt's or Stephenson's chain.

device after claim 8 , characterized in that the first coupling mechanism has a ternary link (6) in the form of a rigid triangle and a second coupling means (7), the ternary link being mounted at each of its corners so as to be pivotable about a pivot axis in such a way that it can be pivoted about a first pivot axis (SA40) with the spindle nut unit (41), about a second pivot axis (SA41) with the base (1), and about a third pivot axis (SA43) with the second coupling means (7). is connected.

Device according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that two fork parts (12a, 12b) of a fork-shaped extension (12) of the first arm member (2) are pivotable about a common pivot axis (SA12) with two hydraulic cylinder units (10a, 10b) which are each supported on one side pivotable about a pivot axis (SA10) on the base (1), the pivot axes (SA10) and (SA12) being oriented parallel to the second axis (A2).